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太阳辐射与AM 本讲目的： 弄懂如下概念与含义： 太阳辐射， 太阳常数， AM1.5，等 什么是太阳？ 一个炽热气体构成的球体！ 主要由氢和氦组成， 其中氢（H） 占 80% 氦（He） 占 19% 太阳辐射能 地球上所有生物的原动力归根结底都是太阳能： 从太阳获取几乎所有能源，包括煤、石油、天然气； 太阳能照耀大地有几千万年了的历史了。 生物能源来自于阳光下生长的植物。 太阳散发的热使水和空气蒸发，- 水利发电和风能。 太阳电池，太阳热电站、太阳能热水器： 将太阳辐射直接转换成电能或者热能。 太阳辐射能 每年太阳辐射到地球的能量 = 1.5 ? 1018 kWh 。 人类消耗的总能量 = 1014 kWh。 太阳发出的能量是人类消耗能量的15,000 倍。 太阳辐射能 太阳辐射：来自太阳的能量。 太阳辐射用两种方法来度量： a. 功率 – 瞬时的概念 功率的单位： 瓦特[W] 功率密度： W/m2 b. 能量 – 累计的概念 能量的单位： 瓦时[Wh] 能量密度： Wh/m2 or kWh/m2 其他名词： “辐照度”，“辐射强度”、“辐射通量”、“辐射能流” “辐射能”、“能量密度” 太阳光谱- 波长，频率，能量 太阳光谱中的可见光 红橙黄绿蓝靛紫 5000 - 8000? 500 -800nm 0.5 -0.8μm ?太阳常数 1. 昼夜 = 地球自转 每转一周为一昼夜 地球每小时自转15° 2. 季节 = 地球自转轴与地球绕太阳公转椭圆轨道的转轴（法线）夹角 太阳光投射到地球上的方向随不同季节变化 3. 北极 = 地球公转时，其自转轴方向不变，总是指向地球的北极。 ?太阳常数 4. 地球以椭圆形轨道绕太阳运行， 故：太阳与地球间距离 - 日地距离 - 不是一个常数，每天不一样。 5. 辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，I ∝1/r2 6. 然而，由于日地间距离太大（∽ 1.5 x 108 km）， 故：地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。 误差/年：﹤±3.4％。 7. “太阳常数”： 平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能： 1367 W/m2 地球-太阳D=155e9m=1.5e8Km； R=6.96×105Km H0=1353W/m2 称为：太阳常数 ?到达地面的太阳辐射 1. 直达日射，漫射日射： 太阳辐射穿过大气层到达地面时，大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射吸收、反射和散射，结果： 使辐射强度减弱， 改变辐射的方向 改变辐射的光谱分布。 实际到达地面的太阳辐射则由直射和漫射两部分组成。 直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射， 漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳周围的散射，地平圈散射，及其他天空散射。 另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。 ?到达地面的太阳辐射 2. 漫射日射的变化范围很大: 当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。 当天空 乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。 反射日射一般很弱，但当地面有冰雪覆盖时，反射日射可达总日射的40％ 3. ?总日射G : = ∑直达日射 Gb + 漫射日射 Gd + 反射日射Gr 。 单位： [W/m2] 光伏组件上的太阳辐射成分 到达地面的太阳辐射 晴天，太空到海平面通过空气吸收或者反射，减弱～30％。 因此在地球海平面处功率密度的最大值 ～ 1000 W/m2。 1000 W/m2在太阳能工程上是一个重要参考值！ 到达地面的太阳辐射 全太阳辐射测量： 辐照计（日射强度计） ：热电堆传感器（气象标准仪） 到达地面的太阳辐射 全太阳辐射测量： 辐照计（日射强度计） ：硅传感器 地球表面上太阳辐射光谱 影响到达地面的太阳辐射主要因素 ： 大气层厚度 大气层越厚，对太阳辐射之吸收、反射、散射越强， 地面接受的太阳辐射越少。 大气状况和大气质量好坏 地球表面上太阳辐射光谱 地球表面上太阳辐射光谱 当 Z = 0： cos 0 = 1，称大气质量为1，AM = 1 当 Z = 48.2°： cos Z = 0.666… ， AM = 1.5； 当 Z = 60°： cos Z